Сравнение и оценка расчетных данных по величинам коэффициентов гидравлического сопротивления полимерных труб

На живом примере было проведено специальные сравнение имеющихся значений величины коэффициента сопротивления полиэтиленовой трубы для водоснабжения. За основу в сравнении были взяты нормы и рекомендации по эмпирической зависимости, которые был действенно подтверждены полевыми исследованиями на различных инженерных сетях, где эксплуатируются ПЭ трубы с большим диаметром. По итогу исследования появилась рекомендация по разработке методики контроля имеющихся показателей по шероховатости внутренней стенки полимерной трубы.

Гидравлический расчет имеющегося инженерного трубопровода из ПЭ трубы регламентируется использованием во время расчётов нормативной зависимости, которая имеет сложный вид, но для простоты восприятия был нами упрощен и выведен в формулу №2 для успешного дальнейшего расчета.

Для линейного упрощения расчета значений λ^н это не дает, т.к. в формулу (рисунок №1) входит значение нормированного коэфф-та эквивалентной шероховатости К_э, чья величина для ПЭ трубы этими нормами точно не определена. Именно подобное обстоятельства, отводит нас в сторону, и мы получаем нежелательную погрешность при желании определить потерю напора в ПЭ трубе.

Идем далее. Основываясь на ранее составленных исследованиях 1960-х годов, была составлена основополагающая зависимость для определения λ. Она подтверждается полученными результатами разноуровневых гидравлических экспериментов, которые проводились на инженерных сетях с повышенной пропускной способностью. В нашем случае мы получаем следующее:

(рисунок №1)

Значения полученной формулы:

Re_ф - фактическое число Рейнольдса,

• Ra_ср - среднеарифметическое отклонение профиля от усредненной линии в обозначенных пределах исходной длины в метрах;
• Sm_ср - шаг по вершинам между имеющимися неровностями в метрах;
•  - фактический (измеренный) внутренний диаметр труб в метрах.

В формуле (рисунок №1) нет коэффициента эквивалентной шероховатости К_э. Это делает из нее более практичную формулу, поскольку из-за расчета значения λ требуется измерить величину средних значений параметров шероховатости Ra_ср и Sm_ср.

Самым важным замечанием является то, что эта формула очень проста в использовании и при проведении расчетов. Она может применяться при расчете значения λ, в случае, если у нас уже известны значения Ra_ср и Sm_ср. Считать эту формулу легко, поскольку значения вводных данных используются для различных целей в разных отраслях нашей страны.

Пример-сравнение значений λ^н, подсчитанных по сильно упрощенной λ^p зависимости (1). Результаты мы даем в таблице №1 ниже по тексту:

Из данной таблицы мы видимо, что точность нормативного значения λ^н = 0,01938, и оно уже слегка отличается от точности определения расчетного значения λ^p, которое равно 0,01943 (получается процент расхождения 0,26%). Данный показатель нас удовлетворяет по точности проводимых расчётов.

Полученные данные λ^p по изложенной выше формуле всего лишь расходятся на 0,26% с другим значением - λ^н.

Использование в формуле параметра K^э - не требуется. Средние значения шероховатости Ra_ср и Sm_ср позволяют нам вести более точный расчет λ^p. Этого как всегда достаточно для практического расчета по оптимальной зависимости.

Рассмотрим пробную задача ради примера

Мы имеем изначальный расход воды: q = 300 л/с (0,3 м³/с). Вода идет по трубопроводу из ПНД с = 0,5528 м. Исходная t воды = 10 °С (ν = 0,00000131 м²/c).

Получаемые значения шероховатости внутренней поверхности трубы: Ra_ср = 0,41 мкм, Sm_ср = 6000 мкм.

Нужно сравнить нормативное λ^н и расчетное λ^p.

Просмотрим вариант решения данной задачи:

Получаем λ^н по упрощенной нормативной зависимости по формуле:

,

Пояснения:

 - число подобия режима движения воды.

Если b>2, тогда значение b принимают = 2.

Re_ф - число Рейнольдса выясняется по формуле:

,

Пояснения:

• V_ф - скорость потока, высчитываемая в метрах в секунду;

• - измеренный Внутренний ⌀ ПНД трубы в метрах;
• q_ф - фактический расход в м³/с;
• Re_кв - число Рейнольдса:

Когда: К_э - коэффициент гидравлической шероховатости, высчитываемый м. Точного значения К_э на сегодня не существует. Но есть актуальная норма, которой считается значение = К_э ≥ 0,00001 м, либо К_э = 0,000014 м.

Для примера задаем значение К_э = 0,00001 м.

К_э напрямую зависит от величины значений шероховатости внутри трубы (Re_ср, м), и потому рассчитывается по зависимости, которую мы получили в процессе исследований трубопроводов по формуле:

, м;

m=- число параметров работающего трубопровода (данное число отражает изменения значений внутреннего ⌀ ПНД трубы, а также изменение значений Ra_ср);

- фактор, показывающий изменения фактического расхода q_ф в сверке к изменениям величины фактического внутреннего ⌀ ПНД трубы.

Итак, проводимое сравнение нормативных λ^н и имеющихся расчетных данных величин коэффициента сопротивления λ^p демонстрирует нам следующее: наблюдается эмпирическая зависимость для обозначения значения λ^p для трубопроводов из полимеров; она предусматривает использование для расчета значений λ^p.

В заключение добавим обязательные условия:

• Существует особая важность разработки и нормирования методики общего контроля данных шероховатости внутренних стенок ПНД труб;
• Мы прописали рекомендации по использованию аттестованного прибора для проведения замеров данных по шероховатости труб;
• Предлагаем внести полученную формулу в нормативные документы, что сможет позволить упростить расчет величины потерь напора внутри ПНД трубы.